De ce este atât de dureros impactul brusc al corpului cu apa?

Daniel Harris, profesor asistent la Brown University, împreună cu echipa sa de cercetare, a studiat fizica din spatele efectului dureros al izbirii corpului de suprafața apei, fenomen cunoscut sub numele de „belly flop”. Ei au explorat cum rezistența apei la intrarea bruscă a unui corp din aer în apă generează o forță de reacție mare, care duce la durerea caracteristică a acestui tip de impact.
Deslușirea acestui fenomen nu este relevant doar pentru competițiile de sărituri în apă sau petreceri la piscină, ci este crucială și pentru ingineria navală și marină, unde structurile trebuie să reziste la forțele puternice de impact aer-apă. Într-un studiu recent publicat în Journal of Fluid Mechanics, cercetătorii au folosit un cilindru cu o proeminență moale („nas”) atașată în vârf printr-un sistem de arcuri flexibile pentru a simula un impact similar cu „belly flop”, dar cu o modificare: cilindrul vibra.

Prin experimente, echipa a descoperit că, deși arcurile flexibile (care funcționează asemănător suspensiilor unei mașini) ar putea teoretic să atenueze impactul distribuind încărcătura pe o perioadă mai lungă, acestea nu întotdeauna reduc forța impactului. Uneori, un sistem mai flexibil poate chiar să crească forța maximă de impact comparativ cu o structură complet rigidă.

Cercetările au arătat că, în funcție de înălțimea de la care este lăsat să cadă impactorul și de rigiditatea arcurilor, corpul poate simți nu doar impactul inițial, ci și vibrațiile structurii pe măsură ce intră în apă, ceea ce amplifică forța de impact.

Pentru a măsura aceste efecte, experimentele au fost înregistrate cu camere de înaltă viteză și au fost analizate datele de la senzorii încorporați în cilindru. Rezultatele au indicat că sincronizarea este esențială: arcurile trebuie să fie suficient de moi pentru a absorbi impactul fără a induce vibrații rapide care să adauge la forța totală.

Cercetătorii se orientează acum către noi direcții în cercetarea lor, inspirându-se din comportamentul păsărilor care se scufundă în apă, care efectuează manevre specifice pentru a reduce forțele de impact. Următorul pas este proiectarea unui impactor robotic care poate efectua manevre active în timpul intrării în apă pentru a atenua forțele de impact pentru obiecte contondente.

sursa: News Medical
foto: Brown University